干旱脅迫對(duì)生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)功能關(guān)系的影響.pdf

1、研究樣地選擇在廣東省封開縣黑石頂自然保護(hù)區(qū)附近，在黑石頂及周邊地區(qū)進(jìn)行植物種子收集。在采集82個(gè)植物種子的基礎(chǔ)上建立了不同物種豐富度（1、2、4、6、8、10、15、20、25、30、35、40）的人工草地樣地，在樣地群落自然生長(zhǎng)一年后，對(duì)樣地同時(shí)進(jìn)行干旱脅迫和正常對(duì)照處理。處理兩個(gè)月和四個(gè)月后，對(duì)樣地生物量和土壤氮等指標(biāo)進(jìn)行調(diào)查。并對(duì)生物多樣性不同組成成分（物種豐富度、優(yōu)勢(shì)物種、功能群數(shù)量與組成）與生態(tài)系統(tǒng)功能（生物量、土壤氮和穩(wěn)定性

2、）之間的相互關(guān)系進(jìn)行研究。 在群落自然生長(zhǎng)一年后，根據(jù)群落內(nèi)物種生物量所占比例，將樣地群落劃分為七個(gè)優(yōu)勢(shì)物種類型（優(yōu)勢(shì)物種生物量所占比例均在60％以上，蓋度在群落內(nèi)均最大）：刺蒴麻（Triumfetta bartramia）、肖梵天花（Urena lobata）、狗牙根（Cynodon dactylon）、黑莎草（Gahnia tristis）、藿香薊（Ageratum houstonianum）、家艾（Artemisia a

3、rgyi）和豚草（Ambrosia artemisiifolia），其余為均勻度較高沒有優(yōu)勢(shì)物種的樣地。并且，根據(jù)樣地群落內(nèi)主要33個(gè)物種（占樣地群落地上初級(jí)生產(chǎn)力的95％以上）的生長(zhǎng)型特征，將33個(gè)物種劃分為三個(gè)功能群：一年生草本、多年生草本和灌木或半灌木。根據(jù)樣地群落內(nèi)不同功能群物種組合，將樣地群落劃分為七個(gè)功能群組成類型：一年生草本、多年生草本、灌木或半灌木、一年生草本+多年生草本、一年生草本+灌木或半灌木、多年生草本+灌木或半灌

4、木和一年生草本+多年生草本+灌木或半灌木。 （1）樣地生物量研究表明，干旱脅迫條件下，具有不同優(yōu)勢(shì)物種樣地的生物量之間存在顯著差異。而且，不同優(yōu)勢(shì)物種樣地的生物量在干旱脅迫下呈現(xiàn)明顯不同的變化趨勢(shì)。但是，具有不同物種豐富度樣地的生物量之間不存在顯著差異。這主要由于種間競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)致優(yōu)勢(shì)物種生物量占樣地生物量的比例較大，優(yōu)勢(shì)物種生物量特征以及干旱脅迫下生物量的變化對(duì)樣地生物量有著重要的影響作用。研究同時(shí)發(fā)現(xiàn)，功能群組成對(duì)樣地生物量同樣

5、存在明顯的影響作用，隨著干旱脅迫時(shí)間延長(zhǎng)，影響作用在逐漸增強(qiáng)。三類功能群中，一年生草本功能群在干旱脅迫條件下對(duì)樣地生物量有重要的影響作用。有一年生草本存在的樣地，處理四個(gè)月時(shí)生物量變化率（干旱脅迫樣地與正常對(duì)照樣地相比生物量變化率）均高于兩個(gè)月時(shí)的水平，其它功能群組成樣地的生物量變化率均低于兩個(gè)月時(shí)的水平。通徑分析結(jié)果表明，干旱脅迫和正常對(duì)照條件下，優(yōu)勢(shì)物種和功能群組成對(duì)樣地生物量有重要的影響作用，物種豐富度和功能群數(shù)量對(duì)樣地生物量的影

6、響作用較小。與正常對(duì)照相比，干旱脅迫條件下優(yōu)勢(shì)物種和功能群組成對(duì)樣地生物量的影響作用明顯改變。對(duì)功能群內(nèi)主要物種生物量分析結(jié)果顯示，同一功能群內(nèi)物種作用存在明顯差異，功能群內(nèi)物種組成對(duì)功能群生物量產(chǎn)生明顯的影響作用。然而，同一物種的生物量在不同功能群組成樣地之間同樣存在明顯差異，競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系改變是影響物種生物量變化的一個(gè)重要因子。對(duì)土壤根生物量的研究表明，地下根生物量與地上生物量沒有明顯的相關(guān)性，樣地根生物量的平均值隨著物種豐富度增加而增加

7、。 （2）對(duì)土壤氮研究表明，干旱脅迫條件下，優(yōu)勢(shì)物種對(duì)土壤速效氮（硝態(tài)氮和銨態(tài)氮）的影響作用明顯，而物種豐富度的影響作用較弱。研究同時(shí)發(fā)現(xiàn)，處理四個(gè)月時(shí)，干旱脅迫樣地土壤速效氮的平均含量明顯高于正常對(duì)照樣地。而且，處理四個(gè)月時(shí)，干旱脅迫樣地速效氮的平均含量顯著高于處理兩個(gè)月時(shí)的水平。這與干旱脅迫和正常對(duì)照樣地之間土壤含水量存在顯著差異有關(guān)。研究同時(shí)發(fā)現(xiàn)，干旱脅迫條件下，功能群組成對(duì)土壤速效氮（硝態(tài)氮和銨態(tài)氮）同樣產(chǎn)生明顯的影響

8、作用。LSD檢驗(yàn)結(jié)果顯示，正常對(duì)照條件下，對(duì)不同功能群組成類型的樣地進(jìn)行配對(duì)比較，樣地土壤速效氮含量均不存在顯著差異。但是，干旱脅迫條件下，配對(duì)比較顯示灌木或半灌木和多年生草本+灌木或半灌木組成樣地與其它組成樣地之間土壤速效氮含量存在顯著差異。生物多樣性對(duì)土壤全氮影響研究發(fā)現(xiàn)，物種豐富度對(duì)土壤全氮的影響作用明顯，干旱脅迫條件下，不同物種豐富度樣地土壤全氮之間存在顯著差異。而優(yōu)勢(shì)物種和功能群組成對(duì)土壤全氮的影響作用相對(duì)較弱。與土壤速效氮相

9、比，干旱脅迫條件下，土壤全氮含量相對(duì)比較穩(wěn)定，受環(huán)境因素影響較小。 （3）以生物量變化率絕對(duì)值（處理四個(gè)月時(shí)生物量與處理兩個(gè)月時(shí)生物量相比）作為衡量群落、功能群和種群穩(wěn)定性的指標(biāo)，對(duì)穩(wěn)定性進(jìn)行研究。研究結(jié)果表明，干旱脅迫條件下，優(yōu)勢(shì)物種對(duì)樣地群落穩(wěn)定性的影響作用比較明顯，而物種豐富度的影響作用較弱。這主要由于試驗(yàn)樣地物種均勻度較低，多數(shù)樣地生物量由一個(gè)或幾個(gè)優(yōu)勢(shì)物種控制，優(yōu)勢(shì)物種對(duì)樣地生物量變化存在重要的影響作用。研究同時(shí)發(fā)現(xiàn)

10、，干旱脅迫條件下，功能群組成對(duì)樣地群落穩(wěn)定性的影響作用明顯。干旱脅迫條件下，不同功能群組成樣地，群落穩(wěn)定性呈現(xiàn)明顯不同的變化趨勢(shì)。對(duì)不同組織水平穩(wěn)定性研究發(fā)現(xiàn)，干旱脅迫條件下，群落、功能群到種群三個(gè)組織水平的生物量變化率依次升高，而穩(wěn)定性依次降低。研究結(jié)果顯示不同功能群和功能群內(nèi)不同物種對(duì)干旱脅迫存在不同的響應(yīng)機(jī)制，低組織水平組成成分對(duì)干旱脅迫不同的響應(yīng)機(jī)制使得高組織水平具有更高的穩(wěn)定性。 （4）對(duì)29個(gè)常見物種競(jìng)爭(zhēng)等級(jí)研究發(fā)

11、現(xiàn)，以生物量百分率代表物種綜合競(jìng)爭(zhēng)等級(jí)，處理兩個(gè)月和四個(gè)月時(shí)，干旱脅迫和正常對(duì)照樣地內(nèi)豚草Ambrosia artemisiifolia和黑莎草Gahnia tristis生物量百分率均最高，為競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)種。處理四個(gè)月時(shí)，干旱脅迫樣地內(nèi)有多數(shù)物種生物量百分率與兩個(gè)月時(shí)相比發(fā)生明顯變化，物種競(jìng)爭(zhēng)等級(jí)發(fā)生改變。正常對(duì)照樣地內(nèi)，多數(shù)物種生物量百分率沒有明顯變化，競(jìng)爭(zhēng)等級(jí)未發(fā)生改變。以消亡百分率代表物種存活特征競(jìng)爭(zhēng)能力，干旱脅迫和正常對(duì)照樣地內(nèi)物

12、種消亡百分率之間存在顯著正相關(guān)，存活特征的競(jìng)爭(zhēng)等級(jí)未發(fā)生明顯的變化，說明干旱脅迫對(duì)物種存活特征的競(jìng)爭(zhēng)等級(jí)的影響作用較弱。以物種生物量百分率增加值代表物種生長(zhǎng)特征競(jìng)爭(zhēng)能力，干旱脅迫和正常對(duì)照樣地內(nèi)物種生物量百分率增加值之間不存在顯著相關(guān)性，生長(zhǎng)特征競(jìng)爭(zhēng)等級(jí)明顯改變，說明干旱脅迫對(duì)物種生長(zhǎng)特征的競(jìng)爭(zhēng)等級(jí)有明顯的影響作用。研究同時(shí)發(fā)現(xiàn)，干旱脅迫和正常對(duì)照條件下，不同物種豐富度樣地內(nèi)，豚草Ambrosia artemisiifolia和黑莎草G

13、ahnia tristis的樣地消亡百分率均最低，生物量增加百分率均最高，為競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)種。白背黃花稔Sida rhombifolia、含羞草決明Cassia mimosoides和小魚仙草Mosla dianthera的樣地消亡百分率均最高，生物量變化率均最低，為競(jìng)爭(zhēng)劣勢(shì)種。其他物種的樣地消亡百分率和生物量增加百分率則明顯不同，競(jìng)爭(zhēng)等級(jí)變化非常明顯。 （5）對(duì)多樣性作用機(jī)制研究表明，處理兩個(gè)月時(shí)，干旱脅迫樣地內(nèi)對(duì)生物量影響作用微

14、弱的"冗余"物種，處理四個(gè)月時(shí)，其影響作用有一定的增強(qiáng)。處理兩個(gè)月時(shí)，正常對(duì)照樣地內(nèi)對(duì)生物量影響作用微弱的"冗余"物種，處理四個(gè)月時(shí)，其影響作用沒有明顯變化。研究同時(shí)發(fā)現(xiàn)，處理兩個(gè)月時(shí)干旱脅迫樣地內(nèi)對(duì)生物量作用微弱的"冗余"物種，在處理四個(gè)月時(shí)所起作用明顯不同。尤其，蒼耳Xanthium sibiricum和青葙Celosia argentea在處理四個(gè)月時(shí)對(duì)樣地群落生物量產(chǎn)生了重要的影響作用。因此，"冗余"只是一個(gè)相對(duì)的概念，功能相似